数字运算那些事

发表于:2016-05-21，更新于:2016-05-21，By Guodong

大纲

1. 假设你遇到了下面的笔试题
2. 编译
3. 字节码
4. 总结

本文介绍一些java数字运算的问题，通过阅读，希望你能清晰的了解java的数字运算。

假设你遇到了下面的笔试题

假设你遇到了下面的笔试题，你会给出什么答案。

public class TestInteger {
    public static void main (String[] args) {
        Integer a = 1;
        Integer b = 2;
        Integer c = 3;
        Integer d = 3;
        Integer e = 321;
        Integer f = 321;
        Long g = 3L;
        System.out.println(c == d);
        System.out.println(e == f);
        System.out.println(c == (a+b));
        System.out.println(c.equals(a+b));
        System.out.println(g == (a+b));
        System.out.println(g.equals(a+b));
    }
}

要得到正确结果，不了解java文件的编译和字节码技术，是不可能彻底明白的。

编译

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//

public class TestInteger {
    public TestInteger() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        Integer a = Integer.valueOf(1);
        Integer b = Integer.valueOf(2);
        Integer c = Integer.valueOf(3);
        Integer d = Integer.valueOf(3);
        Integer e = Integer.valueOf(321);
        Integer f = Integer.valueOf(321);
        Long g = Long.valueOf(3L);
        System.out.println(c == d);
        System.out.println(e == f);
        System.out.println(c.intValue() == a.intValue() + b.intValue());
        System.out.println(c.equals(Integer.valueOf(a.intValue() + b.intValue())));
        System.out.println(g.longValue() == (long)(a.intValue() + b.intValue()));
        System.out.println(g.equals(Integer.valueOf(a.intValue() + b.intValue())));
    }
}

很容易拿到class文件的反编译结果。
可以看到，定义的所有变量都被转化为封装类。

下面两条语句没有发生变化：
System.out.println(c == d);
System.out.println(e == f);

从下面这条语句可以看出，在进行数字的基本运算时，数字被还原为基本类型。
System.out.println(c.intValue() == a.intValue() + b.intValue());

从下面这条语句可以看出，基本类型作为equals参数时，会自动转换为包装类。
System.out.println(c.equals(Integer.valueOf(a.intValue() + b.intValue())));

从下面这条语句可以看出，当==两边的数字类型不一致时，占有字节较小的一侧会发生类型强转。
System.out.println(g.longValue() == (long)(a.intValue() + b.intValue()));

Ok，原来不太明白的话，读到这里你应该能给出这样的运行结果了吧？
true
false
true
true
true
false

大致说明一下为什么是这样的结果。
第1，2个输出的原因：
看一下Integer类的源码中这段代码你就明白了。

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

第3，4，5，你可能认为理应如此。
第6个输出为false，可以看下java.lang.Long#equals

如果你觉得你已经彻底明白了，你就错了，输出结果是这样的，还有一部分原因是class文件中的字节码技术。

字节码

下面两条语句，虽然结果都是ture，但是，他们生成字节码中进行比较的指令也是不同的。
System.out.println(c == d);
System.out.println(3 == 3);

我们把之前class文件的字节码拿出来几段分析一下。
下面的字节码应以了一个常量，调用了Method java/lang/Integer.valueOf获取常量的值。

1
2
3

0: iconst_1
1: invokestatic  #2                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
4: astore_1

下面的字节码取出c和d两个变量，使用if_acmpne指令进行对比，这个命令比较的是两个对象的引用地址。

1
2
3

48: aload_3
49: aload         4
51: if_acmpne     58

下面的字节码取出c,a,b三个变量，a和b使用iadd命令相加，然后使用了if_icmpne命令比较两个变量的数值。

83: aload_3
84: invokevirtual #8                  // Method java/lang/Integer.intValue:()I
87: aload_1
88: invokevirtual #8                  // Method java/lang/Integer.intValue:()I
91: aload_2
92: invokevirtual #8                  // Method java/lang/Integer.intValue:()I
95: iadd
96: if_icmpne     103

总结

如果想彻底了解java的数字运算，必须要知道编译后生成的class文件，甚至去查看字节码。
如果不想知其所以然，也可以通过下面的方式记忆。

如果你定义的是基本类型，编译器会根据你定义数字的具体大小，来描述你的变量。
比如你定义了int a = 1;但是在程序中没有使用，那编译后生成的字节码中可能是如下的结果：
boolean a = true;
如果你使用了，可能又是下面的结果：
byte h = 1;
如果你定义的是包装类，而且是把基本类型赋值给包装类，那编译器会调用包装类的valueOf方法。
封装类进行基本运算都会转化成基本类型。
==两端，如果有一侧进行了数字运算，那么它使用if_icmpne指令来比较是否相等，也就是说比较数值大小。
==两端，如果两侧都没有进行数字运算，那么它使用if_acmpne指令来比较是否相等，也就是说比较的是引用地址。

大概就是这样了，开发jdk的大牛们，为了jvm更高效，让我们现在会遇到各种各样奇怪的问题。
所以，我们在比较数字是否相等时，最好这样做：

将数字转化为基本类型，使用==进行比较。
将数字都转化成同样类型的包装类，使用equals进行比较。

PS：上面的面试题其实意义不大，会的人也可能在工作中写出很差的代码，不会的人也不一定写不出好的代码。大部分面试官看不出一个人的能力，只能量化标准。正所谓千里马常有，伯乐不常有。